Dissertationen 2011 Formoptimierung, der zustandsabhängigen elementweisen Materialtransition und der Topologieoptimierung. Auf diese Weise wird eine optimale Entwurfsfindung ohne anwenderspezifische Vorgaben ermöglicht. Die Anwendung numerischer Optimierungsverfahren auf geotechnische Fragestellungen konnte erfolgreich durchgeführt werden. Der erhöhte Aufwand, der durch die Parametrisierung und die gesteigerten Anforderungen an die Rechenleistung entsteht, wird durch die hohe Effizienz der ermittelten Lösungen hinsichtlich der definierten Entwurfsziele aufgewogen. Die auf Grundlage einer Optimierung erhaltenen Ergebnisse können zum Vergleich unterschiedlicher Konstruktionen unter Einhaltung der Randbedingungen ebenso verwendet werden wie zur Visualisierung der Lösungssensitivitäten hinsichtlich der Parameter oder zur Ableitung von Entwurfs- bzw. Modellierungsregeln. Prof. Dr.-Ing. Jürgen Grabe, 31. Januar 2011
Viktoria Schwarz, Technische Universität Kaiserslautern
Mechanisches Verhalten eines teilgesättigten Tons: Experimentelle Untersuchungen, Stoffmodell und Implementierung In der Arbeit wird ein elasto-plastisches Stoffmodell für einen ausgeprägt plastischen, teilgesättigten Kaolinit-Ton entwickelt. Abweichend von den aus der Literatur bekannten Stoffmodellen sollten Änderungen von Zustandgrößen unmittelbar erfassbar sein. Der Einfluss der Zustandsgrößen Anfangsporenzahl, -sättigungsgrad, Temperatur, Konsolidierverhältnis sowie des Spannungsniveaus wurde anhand einer Reihe aufwändiger Versuche in einem neu entwickelten Triaxialgerät untersucht. Das Gerät ist in der Lage, die Saugspannung während des Versuchs sowohl zu messen als auch zu regeln. Zur genaueren Erfassung der Volumendehnung ist die Zelle doppelwandig konstruiert. Die Versuche dienten hauptsächlich der Ermittlung deviatorischer Versagenszustände. Der Einfluss sämtlicher Zustandgrößen auf die Grenzfläche des Stoffmodells wurde für den vorliegenden Kaolinit mittels eines Separationsansatzes berücksichtigt. Das Stoffmodell wird in Invariantenform aufgestellt. Kohäsion und Anfangssaugspannung gehen unmittelbar durch eigene Terme ein. Das Verhalten im elastischen Bereich wird durch Kompressions- und Schubmodul
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geotechnik 35 (2012), Heft 1
gesteuert, die von den Zustandsgrößen abhängen. Das volumetrische Verhalten ist durch eine Kappenfunktion erfasst, die an die deviatorische Grenzfläche anschließt. Das entwickelte Stoffmodell wurde mittels der Schnittstelle UMAT in das FE-Programmsystem Abaqus implementiert. Zur Validierung des Modells wurden mehrere Laborversuche simuliert. Anschließend wurde eine geotechnische Problemstellung in Form einer Flachgründung untersucht, und die maximal aufnehmbare Spannung bei Aufsättigung durch Beregnung des Bodens aufgezeigt. Prof. Dr.-Ing. habil. Christos Vrettos, 1. März 2011
Ali Nasekhian, M.Sc., Institut für Bodenmechanik und Grundbau der Technischen Universität Graz
Application of Non-probabilistic and Probabilistic Concepts in Finite Element Analysis of Tunnelling In dieser Arbeit wird eine Methodik zur Berücksichtigung von Unsicherheiten bzw. Unschärfen von Eingangsparametern für numerische Analysen in der Geotechnik vorgestellt. Im Bereich der Geotechnik sind aus Sicht der praktischen Ingenieursarbeit vor allem die non-probabilistischen oder unpräzisen Methoden interessant, deren Theorie in den letzten zwei Jahrzehnten eine rasante Entwicklung erfahren hat. Insbesondere die Anwendung von Random Sets in Kombination mit der Finite Elemente Methode hat sich für praktische Aufgabenstellungen als zukunftsträchtig erwiesen. Mitteilungsheft der Gruppe Geotechnik Graz (Hrsg.: M. Dietzel, S. Kieffer, W. Schubert, H.F. Schweiger), Heft 21, Graz 2011 Prof. Helmut F. Schweiger, März 2011
and to satisfy approval requirements for a complex hydropower development, it is imperative at planning stage, that the conceptual development contemplates a wide range of influencing design factors and ensures appropriate consideration of all related aspects. Since the majority of technical and economical parameters that are required for detailed and final design cannot be precisely determined at early planning stages, crucial design parameters such as design discharge and hydraulic head have to be examined through an extensive optimisation process. One disadvantage inherent to commonly used deterministic analysis is the lack of objectivity for the selection of input parameters. Moreover, it cannot be ensured that the entire existing parameter ranges and all possible parameter combinations are covered. Probabilistic methods utilise discrete probability distributions or parameter input ranges to cover the entire range of uncertainties resulting from an information deficit during the planning phase and integrate them into the optimisation by means of an alternative calculation method. The investigated method assists with the mathematical assessment and integration of uncertainties into the rational economic appraisal of complex infrastructure projects. The assessment includes an exemplary verification to what extent the Random Set Theory can be utilised for the determination of input parameters that are relevant for the optimisation of hydropower projects and evaluates possible improvements with respect to accuracy and suitability of the calculated results. Veröffentlichungen des Instituts für Geotechnik der TU Bergakademie Freiberg (Heft 2011-3) sowie on-line http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz: 105-qucosa-71564 Prof. Dr. Herbert Klapperich, 25. Mai 2011
Marx Ferdinand Ahlinhan, Leibniz Universität Hannover
Matthias Beisler, TU Bergakademie Freiberg
Untersuchungen zur inneren Erosionsstabilität nichtbindiger Böden
Modelling of input data uncertainty based on random set theory for evaluation of the financial feasibility for hydropower projects
Die Arbeit befasst sich mit der Bewertung der inneren Erosionsstabilität nichtbindiger Böden. Bei dieser Bewertung muss nachgewiesen werden, dass der Erdstoff geometrisch oder ggf. hydraulisch stabil ist. Zur Bestimmung der geometrischen Stabilität eines Erdstoffs existieren zahlreiche Kriterien, die allerdings die Körnungslinie sowie die Lagerungsdichte des nichtbindigen Erdstoffs nicht ausreichend berücksichtigen, so
The design of hydropower projects requires a comprehensive planning process in order to achieve the objective to maximise exploitation of the existing hydropower potential as well as future revenues of the plant. For this purpose